JP5042124B2 - 煙センサおよびそれを備えた電子機器 - Google Patents

Description

この発明は、煙センサに関し、より具体的には、煙に光を投射して煙による反射光を受光することにより、煙濃度を検出する煙センサおよびそれを備えた電子機器に関する。

従来、煙センサでは、流入した煙に光源である発光素子から光を投光し、この流入した煙により反射された光が受光素子に入射することにより、この受光素子は微小な受光信号を出力する。上記煙センサは、上記受光素子が出力する微小な受光信号を増幅回路で増幅し、この増幅回路が出力する出力信号が、所定の煙濃度範囲に相当する判定値に達したときに、煙を検出したことを表す煙検出信号を出力する。

しかし、同じ煙濃度範囲でも、発光素子をなすＬＥＤ(発光ダイオード)の劣化や温度変化などに起因する発光量の変化によって、上記受光信号を増幅した出力信号が変動する。この出力信号の変動に起因して、上記流入した煙が予め設定している煙濃度検出範囲外であっても煙検出信号を出力するという誤検出が発生する場合が有る。

そこで、煙以外の外乱要因によって、上記出力信号(受光信号)が変動することを回避して誤検出を防ぐために、種々の方法が提案されている。

すなわち、第１の例では、上記発光素子を駆動する駆動回路にサーミスタ抵抗を付加して、駆動回路の駆動出力を温度補正することにより、温度変化によって、発光素子の出射光量が変動することを防止している。これにより、温度変化によって、上記出力信号(受光信号)が変動することを回避して誤検出を防いでいる(特許文献１(実開昭５８−３９５５２号)参照)。

また、第２の例では、増幅回路を構成するＩＣ(集積回路)の増幅率を決定する抵抗部にサーミスタ抵抗を付加することで、増幅回路の増幅率を温度補正している。これにより、上記増幅回路の温度特性に起因して、上記出力信号が変動することを防止している。

また、第３の例では、煙で反射した光が入射する検出用受光素子とは別に、発光素子(ＬＥＤ)の劣化による発光量の変動(低下)をモニタするモニタ用受光素子を備え、このモニタ用受光素子の受光信号を上記発光素子の駆動回路にフィードバックして発光素子の発光量を補正している(特許文献２(特開昭５９−５３９８号公報)参照)。

また、第４の例では、検煙領域を通して発光ダイオード(光源)の出射光を受光する検出用の受光素子と、上記発光ダイオードの出射光を上記検煙領域を通さずに受光する参照用の受光素子を有し、差動増幅器でこの検出用の受光素子による受光信号と上記参照用の受光素子による受光信号との差分を増幅し、この差分を増幅した信号を出力信号としている(特許文献３(特開昭６０−３３０３５号公報)参照)。

ところで、上記第１、第２の例では、サーミスタ抵抗による温度補正が可能であるが、発光ダイオードの劣化に起因する発光量の変動には対処できない。また、上記第１、第２の例では、温度補正のために選定したサーミスタ抵抗が適切なものでないと、温度補正を十分に行えなくなる場合もある。

また、上記第３の例では、発光ダイオードの発光量をモニタ用受光素子でモニタすることで、発光ダイオードの劣化による発光量低減を補正可能としているが、温度補正はできないし、モニタ用受光素子およびその増幅器を要するので、部品個数の増加，構成の複雑化を招く。

また、上記第４の例では、発光ダイオードの出射光が検煙領域を通過することにより減光され、この減光された出射光を検出用の受光素子で受光する減光式の煙センサである。この減光式の煙センサでは、検煙領域に煙が存在しない場合、検出用の受光素子は上記発光ダイオードからの出射光を直接に受ける。一方、参照用の受光素子は、上記検煙領域に煙が存在する場合も煙が存在しない場合も同様に上記発光ダイオードからの出射光を直接に受ける。したがって、この第４の例では、上記検煙領域に煙が流入した場合に、上記検出用の受光素子が出力する受光信号と上記参照用の受光素子が出力する受光素子との差が大きく大きな出力信号を得ることができる。

一方で、上記第４の例のような検出用受光素子，参照用受光素子による構成を反射式の煙センサに採用した場合、流入する煙が無い場合には、煙による反射光がないので、検出用の受光素子が出力する受光信号は小さい。一方、参照用の受光素子は、上記煙の有無に関わることなく、発光ダイオードの出射光を受光する。このため、流入する煙が無い場合に、検出用の受光素子による受光信号に比べて、参照用の受光素子による受光信号が大きくなり過ぎて、差動増幅器の出力信号が飽和し、差動増幅器の出力信号でもって２つの受光信号の差を検出できなくなる場合が発生する。一方、煙が流入した場合は、煙による反射光を受光する検出用受光素子が出力する受光信号が大きくなるから、２つの受光信号の差が減少する。そして、煙の流入量が増えるにつれて、上記２つの受光信号の差が零に近づく、そして、さらに、煙の流入量が増えると、検出用受光素子が出力する受光信号がさらに大きくなって、上記２つの受光信号の差は零を経て増加に転じる。このため、煙が無い場合と煙が有る場合とで差動増幅器の出力信号が同じになる場合が発生し、煙の検出が正しく行えなくなる。また、参照用の受光素子に合わせて、発光ダイオードの発光量，増幅器の増幅率等を調整すると、煙の検出精度が鈍ることになる。

また、一般に煙センサでは、通常、サンプリングタイム毎に発光素子から出射されるパルス光に対して受光素子,増幅器による出力信号が検出レベルを越えるか超えないかを判定している。しかし、この煙センサによる判定は、周囲温度や発光素子をなすＬＥＤの経年変化などの環境以外に、増幅器自身が持つ熱雑音などによるノイズや電源ノイズや外来ノイズの影響を受ける。よって、単一の出力信号の単一の測定結果だけでの判定では誤検出となる可能性が高い。
実開昭５８−３９５５２号公報 特開昭５９−５３９８号公報 特開昭６０−３３０３５号公報

そこで、この発明の課題は、温度変化等の外乱や素子劣化に起因する誤検出を回避できると共に反射式にも適用可能な煙センサを提供することにある。

また、この発明の課題は、煙検出の精度を向上でき誤検出なく安定した煙検出を行える煙センサを提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の煙センサは、煙が導入される煙検出部と、
上記煙検出部に向けて光を発する発光素子と、
上記発光素子から出射されて上記煙検出部内の煙によって散乱された散乱光を受光する第１の受光素子と、
上記発光素子からの出射光を上記煙検出部を経由せずに受光する第２の受光素子と、
上記第１の受光素子が出力する第１の受光信号を増幅する第１の増幅器と、
上記第２の受光素子が出力する第２の受光信号を増幅する第２の増幅器と、
上記第１の増幅器が出力する第１の出力信号と上記第２の増幅器が出力する第２の出力信号との差に基づいて、上記煙検出信号を出力する信号処理部と、
上記第１の増幅器による上記第１の出力信号と上記第２の増幅器による上記第２の出力信号とが選択的に入力されると共に上記第１、第２の出力信号を増幅して上記信号処理部に出力する増幅部を備えることを特徴としている。

この発明の煙センサによれば、上記信号処理部は、上記第１の増幅器が出力する第１の出力信号と上記第２の増幅器が出力する第２の出力信号との差に基づいて、上記煙検出信号を出力する。ここで、上記第１の受光素子が温度変化等の外乱や素子の劣化が生じたときには、上記第２の受光素子もまた、上記温度変化等の外乱や素子の劣化が生じる。したがって、上記第１の受光信号による第１の出力信号と上記第２の受光信号による第２の出力信号との差に基づく煙検出信号によれば、温度変化等の外乱や素子の劣化による変動要因が相殺され、誤検出を回避できる。

また、上記煙検出部の煙を検出する第１の受光素子による第１の受光信号と上記煙検出部の煙の影響を受けない第２の受光素子による第２の受光信号は、別個の第１，第２の増幅器に入力される。よって、上記煙検出部に煙が無い場合に、上記第１，第２の受光素子が出力する第１，第２の受光信号に応じて、第１，第２の増幅器の増幅率を独立に設定できる。よって、反射式の煙センサにも適用可能になる。

また、この発明の煙センサは、上記第１の増幅器による上記第１の出力信号と上記第２の増幅器による上記第２の出力信号とが選択的に入力されると共に上記第１、第２の出力信号を増幅して上記信号処理部に出力する増幅部を備える。

この発明の煙センサでは、上記第１の出力信号と第２の出力信号とに共通の増幅部を備えるので、第１、第２の出力信号のそれぞれに別の増幅部を備える場合に比べて、増幅部に起因する信号のばらつきを抑制できる。たとえば、温度変化による増幅部の増幅率の変動などが上記第１、第２の出力信号に同じ様に影響し、増幅部に起因する信号のばらつきを抑制できる。

また、一実施形態の煙センサは、上記第１の出力信号または上記第２の出力信号のいずれか一方を上記増幅部に入力する切り替え部を備える。

この実施形態の煙センサでは、上記切り替え部が上記第１の出力信号または上記第２の出力信号のいずれか一方を上記増幅部に入力する。よって、上記第１の受光素子による第１の受光信号を増幅した第１の出力信号を上記増幅部に入力する第１のタイミングと上記第２の受光素子による第２の受光信号を増幅した第２の出力信号を上記増幅部に入力する第２のタイミングとが異なるように設定できる。よって、例えば、上記第２のタイミングでの上記発光素子の発光量を、上記第１のタイミングでの上記発光素子の発光量に比べて少なくする制御を行うことによって、上記第２のタイミングにおいて上記発光素子からの光が直接入射する第２の受光素子に対応する第２の出力信号が飽和することを回避できる。よって、上記増幅部は、第１，第２の増幅器により適切に増幅された第１，第２の出力信号を増幅して、上記信号処理部に出力することが可能になる。よって、上記第２の出力信号の飽和に起因する誤検出を回避できる。

また、一実施形態の煙センサは、上記第１および第２の増幅器は、それぞれ固定された増幅率を有し、上記増幅部は、増幅率が可変である。

この実施形態によれば、上記増幅部の増幅率を変えることにより、第１，第２の受光信号に対応する第１，第２の出力信号の増幅率を変更できる。

また、一実施形態の煙センサは、上記発光素子を上記第１の受光素子に対応した第１の駆動電流で駆動する第１の駆動状態と、上記発光素子を上記第２の受光素子に対応した第２の駆動電流で駆動する第２の駆動状態とを切換え可能な駆動部を備える。

この実施形態によれば、上記駆動部が切換える上記第１，第２の駆動状態による第１，第２の駆動電流によって、上記発光素子の発光量を上記第１，第２の各受光素子に対応した適切に値に設定可能となり、消費電流の低減も図れる。

また、一実施形態の煙センサは、上記駆動部は、上記第１、第２の駆動電流によって上記発光素子をパルス発光させる。

この実施形態によれば、上記発光素子をパルス発光させるので、上記第１，第２の受光素子に対する上記発光素子の発光量を明確に区別でき、上記第２の駆動状態で上記発光素子の発光が第１の受光素子に与える影響がなくなると共に消費電流の低減も可能となる。

また、一実施形態の煙センサでは、上記発光素子は、発光正面からの出射光が上記煙検出部に入射すると共に、側面からの出射光が上記第２の受光素子に入射するように配置されている。

この実施形態によれば、第１および第２の受光素子を適切に配置し易くなる。たとえば、発光正面からの比較的光量が大きい出射光を上記煙検出部に入射させると共に側面からの比較的小光量の出射光を第２の受光素子に入射させることで、煙検知感度の向上を図れると共に消費電流の低減も可能となる。

また、一実施形態の煙センサでは、上記第１および第２の増幅器を含んだ集積回路と、
上記第１の受光素子を上記集積回路に接続する第１の配線と、
上記第２の受光素子を上記集積回路に接続する第２の配線とを有し、
上記第１の配線と第２の配線とが同等の線長となる条件の基で上記線長が最短となるように上記集積回路に対して上記第１の受光素子と第２の受光素子を配置した。

この実施形態によれば、上記第１，第２の受光素子と上記集積回路とを接続する第１，第２の配線に乗るノイズ量を低減できると共に第１の配線に乗るノイズ量と第２の配線に乗るノイズ量を同等にできる。よって、第１の出力信号と第２の出力信号との差が、ノイズによって変動することを抑制できる。

また、一実施形態の煙センサでは、上記第１の出力信号または上記第２の出力信号のいずれか一方を上記増幅部に入力する切り替え部と、
上記発光素子を上記第１の受光素子に対応した第１の駆動電流で駆動する第１の駆動状態と、上記発光素子を上記第２の受光素子に対応した第２の駆動電流で駆動する第２の駆動状態とを切換え可能な駆動部と、
上記切り替え部と上記駆動部とを制御すると共に上記信号処理部を含んでいるマイクロコンピュータを有し、
上記マイクロコンピュータは、
上記駆動部を上記第１の駆動状態としたときに、上記切り替え部が上記第１の出力信号を上記増幅部に入力するように上記切り替え部を制御する一方、上記駆動部を上記第２の駆動状態としたときに、上記切り替え部が上記第２の出力信号を上記増幅部に入力するように上記切り替え部を制御する。

この実施形態によれば、上記マイクロコンピュータが、上記切り替え部と上記駆動部とを制御すると共に上記信号処理部を含んでいるので、部品の増加が抑えられる。

また、一実施形態の煙センサでは、上記信号処理部は、
上記煙検出部内の煙濃度が零である場合の上記第２の増幅器の出力値に対する上記煙検出部内の煙濃度が零である場合の上記第１の増幅器の出力値の比を補正値として記憶すると共に上記補正値を乗算した上記第２の出力信号と、上記第１の出力信号との差に基づいて、上記煙検出信号を出力する。

この実施形態によれば、上記第１の受光素子と第２の受光素子との素子ばらつき，上記第１の受光素子と第２の受光素子との光学系ばらつきの影響によって上記煙検出信号が変動することを抑制できる。

また、一参考例の煙センサでは、煙が導入される煙検出部と、
上記煙検出部に向けて光を発する発光素子と、
上記発光素子から出射されて上記煙検出部内の煙によって散乱された散乱光を受光する第１の受光素子と、
上記発光素子からの出射光を上記煙検出部を経由せずに受光する第２の受光素子と、
上記第１の受光素子が出力する第１の受光信号を増幅する第１の増幅器と、
上記第２の受光素子が出力する第２の受光信号を増幅する第２の増幅器と、
上記煙検出部内の煙濃度が零である場合の上記第１の増幅器からの出力信号の値を第１の初期値として記憶し、上記煙検出部内の煙濃度が零である場合の上記第２の増幅器からの出力信号の値を第２の初期値として記憶している記憶部と、
上記第１の増幅器からの出力信号の値がＶ１(ｋ)であり、上記第２の増幅器からの出力信号の値がＶ２(ｋ)であり、上記第１の初期値をＶ１(０)とし、上記第２の初期値をＶ２(０)とすると、判定値を次式(１)で算出し、
判定値＝{Ｖ１(ｋ)×Ｖ２(０)/Ｖ２(ｋ)−Ｖ１(０)} …(１)
上式(１)で算出される判定値が予め定められた検出しきい値以上を超えたときに、煙検出信号を出力する信号処理部とを備える。

この参考例の煙センサによれば、上記記憶部に上記第１,第２の増幅器からの出力信号の初期値を第１,第２の初期値として記憶している。この初期値は、例えば、工場出荷の段階で上記記憶部に記憶される。

この参考例では、設置後の或るの時間に計測した第１の増幅器からの出力信号の値Ｖ１(ｋ)に、第２の初期値Ｖ２(０)を上記時間に計測した第２の増幅器からの出力信号の値Ｖ２(ｋ)を除算した値Ｖ２(０)/Ｖ２(ｋ)を乗算することで、計測時の周囲温度や発光素子の経年変化による変動が上記出力信号の値Ｖ１(ｋ)に与える影響を補正し低減している。そして、上記信号処理部は、この補正後の出力信号の値Ｖ１(ｋ)×Ｖ２(０)/Ｖ２(ｋ)から第１の初期値Ｖ１(０)を減算した判定値が上記検出しきい値を超えると煙検出信号を出力する。

これにより、この参考例によれば、煙検出の精度を向上でき誤検出なく安定した煙検出を行える。

また、一参考例の煙センサは、上記信号処理部は、
上記判定値が、上記検出しきい値よりも小さい非検出しきい値を下回ったときに上記煙検出信号の出力を停止する。

この参考例では、上記信号処理部は、煙検出部の煙の濃度が下がって、上記判定値が上記検出しきい値よりも小さくなっても、上記判定値が上記非検出しきい値になるまで上記煙検出信号の出力を維持できる。これにより、振動等の外乱に起因する判定値の微小な変動によって煙検出信号の出力と停止とを繰り返すといったハンチング現象を回避できる。

また、一参考例の煙センサは、上記非検出しきい値を上記記憶部に記憶している。

また、一参考例の煙センサは、上記非検出しき値を、上記検出しきい値に対して予め定められた定数を四則演算することで得た値とする。

また、一参考例の煙センサは、上記第２の増幅器の増幅率が上記第１の増幅器の増幅率の５０分の１以下である。

この参考例では、第２の増幅器の電流電圧変換用抵抗値を第１の増幅器の電流電圧変換用抵抗値の１/５０以下に設定でき、第２の増幅器自体に起因する熱雑音を約７分の１以下に低減できる。なお、この場合、第２の受光素子が発光素子から受光する受光量を第１の受光素子が発光素子から受光する受光量の５０倍以上に設定するとよい。

また、一参考例の煙センサは、上記信号処理部は、電源投入後に上記第２の増幅器からの出力信号の値を連続して複数回計測した値の平均値を、上記電源投入後の１回目の判定で上記判定値を算出するための上記第２の増幅器からの出力信号の値Ｖ２(ｋ)とする。

この参考例では、初回判定時の第２の増幅器からの出力信号の値Ｖ２(ｋ)の信頼性を向上できる。

また、一参考例の煙センサでは、上記信号処理部は、
電源投入後の２回目以降の判定では、それぞれ、上記第２の出力信号の値を一回だけ測定し、
電源投入後の２回目の判定では、電源投入後の１回目の判定に用いた上記第２の出力信号の値と、上記２回目の判定に際して測定した第２の出力信号の値との平均値を上記２回目の判定に用いる上記第２の出力信号の値Ｖ２(ｋ)とし、
電源投入後の３回目以降のＮ回目(Ｎは３以上)の判定では、電源投入後の１回目の判定に用いた上記第２の出力信号の値と、上記Ｎ回目の判定に際して測定した第２の出力信号の値と、直近の判定で用いた予め定められた上限個数以下の上記第２の出力信号の値の測定値との平均値を、上記Ｎ回目の判定に用いる上記第２の出力信号の値Ｖ２(ｋ)とする。

この参考例では、２回目以降の判定時の第２の増幅器からの出力信号の値Ｖ２(ｋ)の信頼性を向上できる。また、上記２回目以降の判定周期毎に上記第２の増幅器からの出力信号を１回だけ計測するので、消費電流を低減でき、バッテリー駆動の場合に好適となる。

また、一参考例の煙センサは、上記信号処理部は、
ｉ回目(ｉは１以上の自然数)の判定で上記判定値が上記検出しきい値を超えた場合、(ｉ＋１)回目の判定では、上記第１の増幅器からの出力信号の値を連続して複数回計測した値の平均値を上記判定値を算出するための上記第１の増幅器からの出力信号の値Ｖ１(ｋ)とする。

この参考例では、煙を検出したｉ回目の判定の次の(ｉ＋１)回目の判定では、第１の増幅器からの出力信号の値Ｖ１(ｋ)の信頼性を上げることで、煙を検出する可能性が高い(ｉ＋１)回目の判定の判定精度を向上できる。

また、一参考例の煙センサでは、上記信号処理部は、
上記判定値が、上記検出しきい値を超えてから上記非検出しきい値になるまで上記煙検出信号を出力する。

この参考例では、上記信号処理部は、煙検出部の煙の濃度が下がって、上記判定値が上記検出しきい値よりも小さくなっても、上記判定値が上記非検出しきい値になるまで上記煙検出信号の出力を維持できる。これにより、振動等の外乱に起因する判定値の微小な変動によって煙検出信号の出力と停止とを繰り返すといったハンチング現象を回避できる。

また、一参考例の煙センサでは、上記信号処理部は、上記(ｉ＋１)回目の判定の次の(ｉ＋２)回目と(ｉ＋３)回目の２回の判定では、上記第１の増幅器からの出力信号の値を連続して複数回計測した値の平均値を上記判定値を算出するための上記第１の増幅器からの出力信号の値Ｖ１(ｋ)とするが、上記２回の判定の両方において上記判定値が上記非検出しきい値を下回った場合、次の(ｉ＋４)回目の判定では、上記第１の増幅器からの出力信号の１回の計測値を上記判定値を算出するための上記第１の増幅器からの出力信号の値Ｖ１(ｋ)とする。

この参考例では、連続した２回の判定において煙を検出しなかった場合に、次の判定では上記第１の増幅器からの出力信号を１回だけ計測して判定値を算出するので、消費電流の削減および発光素子(ＬＥＤ等)の寿命向上を図れる。

また、一実施形態の電子機器は、上記煙センサを備えたので、温度変化等の外乱や素子劣化に起因する煙の誤検出を回避できる。

この発明の煙センサによれば、温度変化や素子劣化等の外乱に起因する出力信号の変動を防いで誤検出を回避できる。また、この発明によれば、増幅器の出力信号のジッタ(揺らぎ)を低減でき、ジッタの影響を低減できて、高精度に煙を検出できる。

以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。

(実施の形態)
図１は、この発明の煙センサの実施形態の構成を示す回路図である。また、図２は、この実施形態の煙センサが備える煙検出部１８，発光素子１，第１の受光素子２，第２の受光素子３，増幅回路４の配置を模式的に示す配置図である。なお、上記発光素子１は発光ダイオードとし上記受光素子２，３はフォトダイオードとした。

図２に示すように、この実施形態の煙センサは、煙１４が導入される煙検出部１８と、上記煙検出部１８に向けて光を出射する発光素子１と、上記発光素子１から出射されて上記煙検出部１８内の煙１４によって散乱された散乱光を受光する第１の受光素子２と、上記発光素子１からの出射光を上記煙検出部１８を経由せずに受光する第２の受光素子３とを備える。また、この実施形態の煙センサは、第１の受光素子２が出力する第１の受光信号と第２の受光素子３が出力する第２の受光信号とが入力される増幅回路４を備える。また、図２に示すように、この煙センサは、発光素子１の出射光を第２の受光素子３へ導く導光路１９を有する。そして、この導光路１９と上記煙検出部１８との間に壁１２が形成されている。この壁１２によって、上記導光路１９は、煙検出部１８に導入された煙の影響を受けないようになっている。

また、この実施形態の煙センサは、図１に示すように、発光素子１を駆動する駆動回路１１を有する。また、上記増幅回路４は、上記第１の受光素子２が出力する第１の受光信号のみを増幅する第１の増幅器５と、上記第２の受光素子３が出力する第２の受光信号のみを増幅する第２の増幅器６を有する。また、上記増幅回路４は、切り替え部としての切り替えスイッチ７と増幅部としての後段アンプ部９、および、この切り替えスイッチ７を切り替え制御する制御回路８を有する。この制御回路８は、外部入力端子２１に接続されたマイクロコンピュータ１６から入力される制御信号によって制御されて、上記切り替えスイッチ７を切り替え制御する。そして、上記切り替えスイッチ７は、上記第１の増幅器５が出力する第１の出力信号と上記第２の増幅器６が出力する第２の出力信号のいずれか一方の出力信号を後段アンプ部９に入力する。

上記後段アンプ部９は、直列接続された３つのアンプ９Ａ，９Ｂ，９Ｃを有し、アンプ９Ｃの出力は、増幅回路４の出力端子１０に接続されている。上記アンプ９Ｂは、外部入力端子２２に接続された可変抵抗１７の抵抗値を変えることでもって、増幅率が可変になっている。

上記出力端子１０は、上記マイクロコンピュータ１６に接続されている。このマイクロコンピュータ１６は、上記駆動回路１１を制御して、発光素子１の出力を制御する。また、このマイクロコンピュータ１６は、信号処理部としての信号処理回路１６Ａを含んでいる。この信号処理回路１６Ａには、上記第１の増幅器５から出力されて上記後段アンプ部９で増幅された第１の出力信号と、上記第２の増幅器６から出力されて上記後段アンプ部９で増幅された第２の出力信号とが入力される。そして、この信号処理回路１６Ａは、上記増幅された第１の出力信号と上記増幅された第２の出力信号との差に基づいて、煙検出信号を出力する。

図３のタイミングチャートに示すように、上記増幅回路４は、マイクロコンピュータ１６が出力する駆動パルスによって間欠駆動されることで、消費電流の低減が図られている。ここで、マイクロコンピュータ１６は、制御信号を制御回路８に入力し、上記制御信号を受けた制御回路８は切り替えスイッチ７を制御し、切り替えスイッチ７が第２の増幅器６を後段アンプ部９に接続するようにする。そして、増幅回路４が動作安定状態になると、マイクロコンピュータ１６は駆動回路１１を制御して、駆動回路１１から発光素子１に、図３に示す駆動パルスＰ２を出力する。これにより、発光素子１は、駆動パルスＰ２に応じたパルス光を出射する。このパルス光は、煙検出部１８を経由して第１の受光素子２に入射すると共に、上記導光路１９を経由して第２の受光素子３に入射する。ここで、上記第１の増幅器５と第２の増幅器６のうちの第２の増幅器６だけが上記後段アンプ部９に接続されているので、第２の受光素子３が出力する第２の受光信号を増幅した第２の増幅器６が出力する第２の出力信号だけが後段アンプ部９に入力される。そして、この後段アンプ部９は、上記第２の出力信号を増幅した出力電圧Ｖ２を出力端子１０からマイクロコンピュータ１６に出力する。

次に、マイクロコンピュータ１６は、外部入力端子２１に制御信号を出力して制御回路８を制御し、この制御回路８でもって切り替えスイッチ７を切り替えて第１の増幅器５を後段アンプ部９に接続する。そして、マイクロコンピュータ１６は、駆動回路１１を制御し、駆動回路１１から発光素子１に駆動パルスＰ２よりも大きな駆動パルスＰ１を出力する。これにより、発光素子１は、駆動パルスＰ１に応じたパルス光を出射する。このパルス光は、煙検出部１８を経由して第１の受光素子２に入射すると共に、上記導光路１９を経由して第２の受光素子３に入射する。ここで、上記第１の増幅器５と第２の増幅器６のうちの第１の増幅器５だけが上記後段アンプ部９に接続されているので、第１の受光素子２が出力する第１の受光信号を増幅した第１の増幅器５が出力する第１の出力信号だけが後段アンプ部９に入力される。そして、この後段アンプ部９は、上記第１の出力信号を増幅した出力電圧Ｖ１を出力端子１０からマイクロコンピュータ１６に出力する。

そして、このマイクロコンピュータ１６が有する信号処理回路１６Ａは、図４に例示するように、第１の増幅器５が出力する第１の出力信号を増幅した出力電圧Ｖ１と上記第２の増幅器６が出力する第２の出力信号を増幅した出力電圧Ｖ２との電圧差ΔＶに基づいて、上記煙検出信号を出力する。

図４に示すように、上記煙検出部１８に煙が流入して、煙濃度が増加すると、第１の受光素子２が出力する第１の受光信号が増えて、第１の出力信号が大きくなって出力電圧Ｖ１が増加する。一方、煙検出部１８の煙濃度が増減しても、煙検出部１８を経由せずに導光路１９を経由して発光素子１からの光を受ける第２の受光素子３は上記煙による影響を受けないので、第２の出力信号は変化せず出力電圧Ｖ２は変化しない。よって、上記煙検出部１８に煙が流入することで、出力電圧Ｖ１とＶ２との電圧差ΔＶが大きくなるので、この電圧差ΔＶに基づいて信号処理回路１６Ａが出力する煙検出信号でもって、煙検出部１８に流入した煙(煙濃度)を検出できる。

ここで、第１，第２の受光素子２，３は常に同じ発光素子１からの出射光を受光する。したがって、温度変化または劣化などによって、発光素子１の発光量が変動した場合に、上記第１の受光素子２による第１の受光信号と第２の受光素子３による第２の受光信号は、発光素子１の上記発光量の変動によって、同様に変動する。したがって、温度変化または劣化前の出力電圧Ｖ１，Ｖ２は、温度変化または劣化によって、同様に変動し、図４に一例として一点鎖線で示す出力電圧Ｖ１ａ，Ｖ２ａに変わる。よって、上記第１の受光信号による出力電圧Ｖ１と上記第２の受光信号による第２の出力電圧Ｖ２との差に基づく煙検出信号によれば、発光素子１の発光量の変動に起因する誤検出を防ぐことができる。なお、図４では、煙濃度がｄのときの第１の出力電圧Ｖ１と第２の出力電圧Ｖ２との電圧差をΔＶ(ｄ)で示し、煙濃度が０のときの第１の出力電圧Ｖ１と第２の出力電圧Ｖ２との電圧差をΔＶ(０)で示している。また、上記温度変化，劣化の発生した場合の第１の出力電圧Ｖ１ａと第２の出力電圧Ｖ２ａとの電圧差は、煙濃度が０のときにΔＶａ(０)で示し、煙濃度がｄのときにΔＶａ(ｄ)で示している。

また、上記第１の受光素子２に温度変化や素子劣化等が発生したときには、上記第２の受光素子３にも、上記温度変化や素子劣化等が発生する。したがって、上記温度変化や素子劣化等が発生しても、出力電圧Ｖ１とＶ２は同様に変化することになる。したがって、上記第１の受光信号による第１の出力電圧Ｖ１と上記第２の受光信号による第２の出力電圧Ｖ２との電圧差ΔＶに基づく煙検出信号によれば、温度変化や素子劣化等の外乱が相殺され、上記外乱に起因する誤検出を回避できる。

また、この実施形態では、上記後段アンプ部９は、第１の増幅器５と第２の増幅器６とに共通であるので、第１，第２の増幅器５，６のそれぞれに別の増幅部を有する場合に比べて、増幅部に起因する信号のばらつきを抑制できる。たとえば、温度変化による後段アンプ部９の増幅率の変動などが上記第１、第２の出力信号に同じ様に影響し、後段アンプ部９に起因する第１，第２の出力電圧Ｖ１，Ｖ２のばらつきを抑制できる。

また、この実施形態では、図３に例示するように、マイクロコンピュータ１６が駆動回路１１を制御することで、第１の増幅器５が後段アンプ部９に接続されているときの駆動パルスＰ１と、第２の増幅器６が後段アンプ部９に接続されているときの駆動パルスＰ２とを、大，小に制御している。また、第１の増幅器５と第２の増幅器６は、それぞれの増幅率を異ならせた状態で設定できる。したがって、図４に例示の如く、煙濃度が零の通常状態において、第１の出力電圧Ｖ１と第２の出力電圧Ｖ２とが同等(あるいは近い値)になるように設定できる。そして、信号処理回路１６Ａは、この場合の電圧差ΔＶに基づいて通常状態の煙検出信号を出力する。

ところで、後段アンプ部９の増幅率を調整して第１の受光素子２による第１の出力電圧Ｖ１が所望の電圧特性となるように設定しても、上記第１の受光素子２と第２の受光素子３との間の素子ばらつき、第１，第２の受光素子２，３が設置されるケースの成形ばらつきなどの光学系ばらつきによって、第２の受光素子３による第２の出力電圧Ｖ２の特性にはばらつきが生じる。この第２の出力電圧Ｖ２の特性ばらつきは、電圧差ΔＶ，ΔＶａのばらつきを招く。よって、このばらつき対策としては、マイクロコンピュータ１６により、第１，第２の出力電圧Ｖ１，Ｖ２の煙濃度が零のときの初期値Ｖ１(０)，Ｖ２(０)の比Ｖ１(０)/Ｖ２(０)を算出して補正値Ａとして記憶させておく。そして、使用中における第２の出力電圧Ｖ２，Ｖ２ａに上記補正値Ａを乗算した値Ａ×Ｖ２，Ａ×Ｖ２ａと第１の出力電圧Ｖ１，Ｖ１ａとの電圧差(Ｖ１−Ａ×Ｖ２)，(Ｖ１ａ−Ａ×Ｖ２ａ)を補正後の電圧差ΔＶとして採用することで、素子ばらつき，光学系ばらつきを補正することができる。

また、この実施形態では、図２に示すように、上記発光素子１は、発光正面１Ａからの出射光が上記煙検出部１８に入射すると共に、側面１Ｂからの出射光が上記第２の受光素子３に入射するように配置されている。これにより、発光正面１Ａからの比較的光量が大きい出射光を上記煙検出部１８に入射させると共に側面１Ｂからの比較的小光量の出射光を第２の受光素子３に直接入射させることができるので、煙検知感度の向上を図れると共に消費電流の低減も可能となる。また、この実施形態では、図２に示すように、集積回路(ＩＣ)である増幅回路４を第１の配線３１で第１の受光素子２に接続し、第２の配線３２で第２の受光素子３を増幅回路４に接続した。そして、この第１の配線３１と第２の配線３２とを略同等の線長としたと共に上記線長が最短になるように増幅回路４に対して第１，第２の受光素子２，３を配置した。これにより、第１，第２の配線３１，３２に乗るノイズ量を低減できると共に第１の配線３１に乗るノイズ量と第２の配線３２に乗るノイズ量を同等にできる。よって、第１の出力信号と第２の出力信号との差が、ノイズによって変動することを抑制できる。

なお、上記実施形態では、増幅部としての後段アンプ部９を備えたが後段アンプ部９はなくてもよい。また、上記実施形態の煙センサを備えた電子機器によれば、温度変化等の外乱や素子劣化に起因する煙の誤検出を回避できる。

(参考例)
次に、この発明の煙センサの参考例を説明する。この参考例は、図１に示すマイクロコンピュータ１６が記憶部としてのレジスタ１６Ｂを備える点と、信号処理回路１６Ａの制御と信号処理の内容とが前述の実施形態と異なる。よって、この参考例では、前述の実施形態と異なる点を主に説明する。

この参考例の煙センサは、上記マイクロコンピュータ１６のレジスタ１６Ｂに第１の初期値Ｖ１(０)と第２の初期値Ｖ２(０)とが記憶されている。この第１の初期値Ｖ１(０)は、上記煙検出部１８内の煙濃度が零である場合に上記第１の増幅器５から出力されて上記後段アンプ部９で増幅された第１の出力信号の値である。また、上記第２の初期値Ｖ２(０)は、上記煙検出部１８内の煙濃度が零である場合に上記第２の増幅器６から出力されて上記後段アンプ部９で増幅された第２の出力信号の値である。なお、この第１,第２の初期値Ｖ１(０),Ｖ２(０)は、上記マイクロコンピュータ１６でもって、前述の第１実施形態で図３のタイミングチャートを参照して説明した制御内容と同様の制御を駆動回路１１と制御回路８とを制御することで得られる。また、上記第１,第２の初期値Ｖ１(０),Ｖ２(０)は、例えば、工場出荷の段階において、予め初期状態として計測される。

次に、この参考例では、実使用において、上記マイクロコンピュータ１６の信号処理回路１６Ａには、上記第１の増幅器５から出力されて上記後段アンプ部９で増幅された第１の出力信号と、上記第２の増幅器６から出力されて上記後段アンプ部９で増幅された第２の出力信号とが入力される。そして、上記信号処理回路１６Ａは、上記第１の出力信号の値Ｖ１(ｋ)と第２の出力信号の値Ｖ２(ｋ)と、上記第１,第２の初期値Ｖ１(０),Ｖ２(０)とから、次式(１)で判定値を算出する。
判定値＝{Ｖ１(ｋ)×Ｖ２(０)/Ｖ２(ｋ)−Ｖ１(０)} …(１)

そして、上記信号処理回路１６Ａは、上記判定値が予め定められた検出しきい値Ｖth１を超えると煙検出信号を出力する。なお、この検出しきい値Ｖth１は、予め上記記憶部としてのレジスタ１６Ｂに格納されている。

図５に、上記第１,第２の初期値Ｖ１(０),Ｖ２(０)と、上記第１,第２の出力信号の値Ｖ１(ｋ),Ｖ２(ｋ)、および上記検出しきい値Ｖth１を例示する。図５において、縦軸が煙濃度ｋ(％)を表し、横軸が出力信号の値を表している。上記判定式(１)の左辺の第１項は、或る時刻に計測した第１の出力信号の値Ｖ１(ｋ)に、第２の出力信号の初期値Ｖ２(０)と上記時刻に計測した第２の出力信号の値Ｖ２(ｋ)との比を乗じた値である。この第１項（Ｖ１(ｋ)×Ｖ２(０)/Ｖ２(ｋ)）は、或る時刻(任意の時間)に計測した第１の出力信号Ｖ１(ｋ)を、初期状態(例えば２５℃の周囲温度で発光素子(ＬＥＤ)１の劣化がない状態)での値に換算することを意味する。

なお、この換算を有効なものとするには、第１,第２の受光素子２,３を同一の構造とし、第１,第２の増幅器５,６を同一のチップで構成して温度特性,経年変化特性が実質的に一致していることが求められる。一方、発光素子(ＬＥＤ)１、発光素子１の駆動回路１１は単一であり、発光素子１と駆動回路１１に起因して第１の出力信号Ｖ１(ｋ)と第２の出力信号Ｖ２(ｋ)との特性差を招くことはない。

ここで、図６を参照して、発光素子１が経年変化によって、出力が低下した場合の上記換算の一例を説明する。図６において、Ｖ１０(ｋ)は経年変化がない場合の第１の出力信号を表し、Ｖ２０(ｋ)は経年変化がない場合の第２の出力信号を表している。また、Ｖ１ｄ(ｋ)は経年変化後の第１の出力信号を表し、Ｖ２ｄ(ｋ)は経年変化後の第２の出力信号を表している。例えば、発光素子１の出力が経年変化によって２０％低下して初期値の０.８倍になった場合、上記判定式の第１項のＶ２(０)/Ｖ２(ｋ)は、１/０.８＝１.２５となるので、上記判定式の第１項は、Ｖ１(ｋ)×１.２５となり、劣化前の初期状態での計測値に補正されることとなる。なお、周囲温度の変化に対しても、同様に初期状態(例えば２５℃)での計測値に補正できることとなる。

したがって、上記判定式(１)の第１項は、第１の出力信号の値(電圧)Ｖ１(ｋ)を初期状態に補正した値となる。よって、この第１項と、初期状態(煙なし)の第１の出力信号の値(電圧)Ｖ１(０)との差は、初期状態に換算した第１の出力信号Ｖ１の変化量を表すことになる。したがって、上記変化量つまり判定式(１)の値が上記検出しきい値Ｖth１を越えたときに、上記信号処理回路１６Ａは煙を検出したことを表す煙検出信号を出力する。

これにより、この参考例によれば、煙検出の精度を向上でき誤検出なく安定した煙検出を行える。

(第１変形例)
次に、上記参考例の第１の変形例を説明する。

まず、煙センサの煙検出部での煙の状態の変化に対しての煙センサの安定性について説明する。煙センサは、センサ周囲の煙濃度が一定濃度を超えたときに、煙検出部に入った煙による反射光が第１の受光素子２に一定量以上入ったことで煙を検知する一方、煙センサ周囲の煙濃度が一定濃度以下であるときに、煙検出部に入った煙による反射光が第１の受光素子２に入っても非検知状態としなければならない。

一方で、一般に煙センサでは、煙を検知した場合、煙検出信号としてブザーやスピーカーにより警報音をならすものが多い。特に、スピーカー付の煙センサにおいては、より確実に警報を伝えるためにその音量は大きくなり、また擬音や音声音に使う周波数も高くなる傾向にある。このような煙センサでは、ブザーやスピーカーを取り付けている筐体の振動も大きくなり、その振動は煙検出部の煙の状態にも影響する。周囲の煙濃度が一定でも、警報が鳴る前の状態と警報が鳴っている状態で、煙検出部の煙による散乱光(反射光)が異なる２状態を有することになる。例えば、図７に示すように、警報が鳴っていない状態での第１の出力信号Ｖ１(ｋ)と警報が鳴っている状態での第１の出力信号Ｖ１ｖ(ｋ)とが異なる値となる。

このため、煙検出に対する検出レベルとしての検出しきい値Ｖth１だけでは、上述のような振動により煙検出部１８の煙の状態が変化した場合、誤検出を起こす可能性が出てくる。例えば、一旦煙検出して警報を鳴らした後、煙の状態が警報の振動によって変化して、第１の出力信号の値Ｖ１(ｋ)が低下して判定値が検出しきい値Ｖth１を下回ると非検出になる。そして非検出になると警報が鳴り止み、振動がなくなり、第１の出力信号Ｖ１(ｋ)のレベルが上がり(元に戻り)、判定値が検出しきい値Ｖth１を上回ると再び検出する。このように検出と非検出とを繰り返すハンチング状態となるが、このとき、周囲の煙状態に変化はなく、煙検出を維持して警報を鳴らし続けるべき状態になっていて、煙センサとして、安定して警報を鳴らし続けなければいけない状態である。

上述の警報時のスピーカー等の振動による誤検知を防ぐために、この参考例の変形例では、上記信号処理回路１６Ａは、上記検出しきい値Ｖth１よりも小さい非検出しきい値Ｖth２を下回ったときに上記煙検出信号の出力を停止する。この非検出しきい値Ｖth２は例えば上記レジスタ１６Ｂに記憶させている。すなわち、この変形例では、非検出状態から検出状態を判定する判定レベルである検出しきい値Ｖth１に加えて、検出状態から非検出状態への移行を判定するための判定レベルとして非検出しきい値Ｖth２を設けている。

この変形例では、図８の状態(1)、(2)、(3)、(4)に示すように、上記判定値が検出しきい値Ｖth１を超えると検知状態となって警報(煙検出信号)を発し、次に、図８の状態(5)に示すように、上記判定値が検出しきい値Ｖth１よりも小さくなっても非検出しきい値Ｖth２以上の領域では警報を発し続け、図８の状態(6)に示すように、さらに上記判定値が小さくなって非検出しきい値Ｖth２を下回ると警報を停止する。これにより、振動等の外乱に起因する判定値の微小な変動によって煙検出信号の出力と停止とを繰り返すといったハンチング現象を回避できる。

なお、上記非検出しきい値Ｖth２は、例えば、上記検出しきい値Ｖth１に０.５を乗算した値としてもよく、上記検出しきい値Ｖth１に０.５を乗算した値から５０ｍＶを減算した値、または、上記検出しきい値Ｖth１に対して一定の四則演算(加減乗除)を行った値に設定してもよい。このような演算は、図１に示すマイクロコンピュータ１６のアキュミュレータとレジスタを使って、簡単なプログラムで実行できる。

(第２変形例)
次に、上記参考例の第２変形例を説明する。

まず、前述の参考例で用いた判定式(１)と従来例における判定式(２)とを比較する。
判定値＝{Ｖ１(ｋ)×Ｖ２(０)/Ｖ２(ｋ)−Ｖ１(０)} … (１)
判定値＝Ｖ１(ｋ)−Ｖ１(０) … (２)

前述したように、参考例での判定式(1)は、従来例の判定式(２)と比べて、第１項において、Ｖ１(ｋ)に対し、Ｖ２(０)/Ｖ２(ｋ)を乗算している点が異なる。上記判定式(１)では、主に発光素子(ＬＥＤ)の劣化や周囲温度の変化に対する補正をかけている。したがって、この判定式(１)による判定精度を充分に確実なものとするには、第１の出力信号の値Ｖ１(ｋ),Ｖ１(０)の精度を上げる同時に第２の出力信号の値Ｖ２(０),Ｖ２(ｋ)の精度もより以上に上げる必要がある。

ところで、受光素子で光を電流に変換した電流信号を電流電圧変換を行う増幅器で電圧信号に変換して増幅する構成では、出力信号は主に初段の電流電圧変換を行う増幅器で使用する抵抗による熱雑音がこの増幅器で増幅されたノイズ成分に重畳され、出力信号のジッタ(揺らぎ)となって現れる。

したがって、第１の出力信号の値(電圧)Ｖ１(ｋ)も第２の出力信号の値(電圧)Ｖ２(ｋ)も実際は、程度の差こそあれ、信号のジッタ(揺らぎ)を有するものである。また、このジッタ(揺らぎ)が、煙検出精度に対して大きな影響を有するものである。逆に言うと、このジッタ(揺らぎ)自体を低減したり、このジッタ(揺らぎ)の影響を低減することによって、煙検出精度を上げることが可能となる。

また、第１の出力信号の値(電圧)Ｖ１(ｋ)に対しては、煙検出部１８の光学系の伝達関数や、消費電流の制限や製品コストからの制約等により、入射光量を大きくするにも限りがある。これに対して、第２の出力信号の値(電圧)Ｖ２(ｋ)は、第１の出力信号の値(電圧)Ｖ１(ｋ)に対して周囲温度やＬＥＤの経年変化による影響を補正することが目的である。よって、第２の受光素子３への入射光量を大きくし、電流電圧変換の抵抗値や増幅器６の増幅率を小さくすることによって、第２の出力信号のノイズ自体を低減することが可能である。

具体的には、図２に示したように第２の受光素子３をＬＥＤからなる発光素子１に隣接させて配置することが望ましい。そして、発光素子１から第２の受光素子３へ十分大きな光が確保できるように導光路１９を確保すればよい。

図１に示す後段の増幅器である後段アンプ部９は、第１の増幅器５と第２の増幅器６とで共通で使用する構成になっている。この構成においては、後段アンプ部９の増幅率は、第１の出力信号Ｖ１(ｋ)を最適化するように調整することになる。したがって、第２の出力信号Ｖ２(ｋ)に対しては、電流電圧変換の抵抗値を選択することにより調整可能となる。すなわち、第２の増幅器６における第２の電流電圧変換の抵抗値を第１の増幅器５の第１の電流電圧変換用抵抗値に対して、十分に小さい抵抗値とすることにより、第２の出力信号Ｖ２(ｋ)のノイズ(揺れ)を低減することが可能となる。

この第２変形例では、図９Ａ,図９Ｂに示す第１,第２の増幅器５５,５６を採用する。この第１の増幅器５５は、第１の受光素子２を入力とし、増幅器５５Ａの入出力間に抵抗Ｒ１と容量Ｃ１を接続してなる電流電圧変換アンプである。また、上記第２の増幅器５６は、第２の受光素子３を入力とし、増幅器５６Ａの入出力間に抵抗Ｒ２と容量Ｃ２を接続してなる電流電圧変換アンプである。

この第２変形例では、少なくとも第２の増幅器５６の増幅率を第１の増幅器５５の増幅率に対して、１/５０以下に設定している。例えば、第２の受光素子３の受ける光量を第１の受光素子２の受ける光量の１００倍に設定すると、第２の電流電圧変換の抵抗値Ｒ２は、第１の電流電圧変換の抵抗値Ｒ１の１/１００に設定できる。この場合、熱雑音は抵抗値の２分の１乗(Ｒ^１/２)に比例することから、第２の増幅器５６の熱雑音を第１の増幅器５５の熱雑音の約１/１０に低減でき、Ｓ/Ｎを１０倍改善できることになる。また、第２の受光素子３の受ける光量を第１の受光素子２の受ける光量の５０倍に設定して、第２の電流電圧変換の抵抗値Ｒ２は、第１の電流電圧変換の抵抗値Ｒ１の１/５０に設定すれば、熱雑音を約１/７に低減できることになり、Ｓ/Ｎは７倍改善される。

また、回路規模は少し大きくなるが、後段アンプ部９の増幅率を第１,第２の増幅器５５,５６と独立して設定できる構成とすれば、初段の第２の増幅器５６の電流電圧変換の抵抗値を第１の増幅器５５と同一に大きく設定し、後段アンプ部９の増幅率を第２の増幅器５６の１/１００に設定することが可能であり、熱雑音を１/１００にすることができる。この場合、Ｓ/Ｎは１００倍改善できることになる。Ｓ/Ｎの改善からすると、できる限り初段の増幅率を大きく設定することが有効である。

さらに、Ｓ/Ｎを改善するために、増幅器の帯域を制限することが有効である。熱雑音は周波数帯域Δｆの２分の１乗（Δｆ^１/２）に比例するからである。一方で、増幅器の帯域を狭くして行くと増幅器の周波数応答が遅くなる。また、増幅器の帯域を極端に狭くして行くと増幅率が低下する。このため、回路規模や応答特性が許される範囲において、Ｑ値を確保したバンドパスフィルタを有する増幅器を採用すればよい。

(第３変形例)
次に、上記参考例の第３変形例を説明する。この第３変形例では、まず、製品を工場から出荷する前のテストの工程において、上記マイクロコンピュータ１６は、電源投入後に上記第２の増幅器６の出力信号を後段アンプ部９で増幅した第２の出力信号の値を連続して複数回、例えば１０回、計測した値の平均値を、上記電源投入後の１回目の判定で上記判定値を算出するための上記第２の出力信号の値Ｖ２(０)とする。また、第１の出力信号の値Ｖ(０)も、電源投入後に上記第１の増幅器５の出力信号を後段アンプ部９で増幅した第１の出力信号の値を連続して複数回、例えば１０回、計測した値の平均値を、上記電源投入後の１回目の判定で上記判定値を算出するための上記第２の出力信号の値Ｖ２(０)とする。

また、実使用時の計測においても、上記マイクロコンピュータ１６は、電源投入後に上記第２の出力信号の値を連続して複数回(例えば１０回)計測した平均値を、上記電源投入後の１回目の判定で上記判定値を算出するための上記第２の出力信号の値Ｖ２(ｋ)とする。また、電源投入後に上記第１の出力信号の値を連続して複数回(例えば１０回)計測した平均値を、上記電源投入後の１回目の判定で上記判定値を算出するための上記第１の出力信号の値Ｖ１(ｋ)とする。

このように、一例として１０回の複数回の計測値の平均値を第１,第２の出力信号の値Ｖ１(０),Ｖ２(０),Ｖ１(ｋ),Ｖ２(ｋ)とすることにより、前述の増幅器の帯域を制限することと同等の効果を得ることができる。図１０に例示する第１の出力信号の値Ｖ１(Ｓ０)は１回の計測値による値をプロットしたものであり、第１の出力信号の値Ｖ１(Ｓ１)は、第１の出力信号の１０回の計測値(高速サンプリングによる)の平均値をプロットしたものである。第１の出力信号の値Ｖ１(Ｓ１)の変動は、第１の出力信号の値Ｖ１(Ｓ０)に比べて約３分の１に低減されている。

ところで、上記平均値を求めるに際し、計測回数を多いほど、精度を上げることができるものの、計測回数を増やすと、テスト工程においてはテスト時間の増大によるコスト増加を招くし、実使用においては発光素子１の発光回数の増加に伴い消費電流の増大や発光素子の経年変化が増大するといったデメリットも発生する。

そこで、たとえば、第１の出力信号の値(電圧)Ｖ１(ｋ)については、上記信号処理部１６Ａは、ｉ回目(ｉは１以上の自然数)の判定で上記判定値が上記検出しきい値Ｖth１を超えた場合、次の(ｉ＋１)回目の判定では、上記第１の増幅器５からの第１の出力信号の値を連続して複数回(例えば１０回)計測した値の平均値を上記判定値を算出するための上記第１の出力信号の値Ｖ１(ｋ)とする。一方、上記ｉ回目(ｉは１以上の自然数)の判定で上記判定値が上記検出しきい値Ｖth１を超えなかった場合は、次の(ｉ＋１)回目の判定では、上記第１の出力信号の値を１回だけ計測した値を上記判定値を算出するための上記第１の出力信号の値Ｖ１(ｋ)とする。

これにより、煙を検出したｉ回目の判定の次の(ｉ＋１)回目の判定では、第１の出力信号の値Ｖ１(ｋ)の信頼性を上げることで、煙を検出する可能性が高い(ｉ＋１)回目の判定の判定精度を向上できる。一方、煙を検出しなかったｉ回目の判定の次の(ｉ＋１)回目の判定では、１回の測定に止めるので、消費電力の増大や発光素子１の経年変化の増大を抑えることができる。

なお、上記平均値を求めるための測定の回数としては、１０回から２０回程度が実用的である。例えば、判定の周期が１０秒である場合においては、上記平均値を求めるための連続測定を、例えば１００ｍｓ以下の周期で繰り返し計測すれば、１０回測定しても１秒以下で計測でき、１０秒周期の判定に支障はでない。

また、この第３変形例では、上記マイクロコンピュータ１６は、上記(ｉ＋１)回目の判定で、上記第１の増幅器５からの第１の出力信号の値を連続して複数回(例えば１０回)計測した値の平均値を上記判定値を算出するための上記第１の出力信号の値Ｖ１(ｋ)とした場合は、この(ｉ＋１)回目の判定の次の(ｉ＋２)回目と(ｉ＋３)回目の２回の判定では、上記第１の出力信号の値を連続して複数回(例えば１０回)計測した値の平均値を上記判定値を算出するための上記第１の出力信号の値Ｖ１(ｋ)とする。そして、上記(ｉ＋２)回目と(ｉ＋３)回目の２回の判定の両方において上記判定値が上記非検出しきい値Ｖth２を下回った場合、次の(ｉ＋４)回目の判定では、上記第１の出力信号の１回の計測値を上記判定値を算出するための上記第１の出力信号の値Ｖ１(ｋ)とする。一方、上記(ｉ＋２)回目と(ｉ＋３)回目の２回の判定のうちの少なくとも一方において上記判定値が上記非検出しきい値Ｖth２以上であった場合、次の(ｉ＋４)回目の判定では、上記第１の出力信号の値を連続して複数回(例えば１０回)計測した値の平均値を上記判定値を算出するための上記第１の出力信号の値Ｖ１(ｋ)とする。

これにより、判定値が非検出しきい値Ｖth２以上である可能性が比較的大きい場合には、連続した複数回の計測(高速サンプリング計測)の平均値による第１の出力信号の値Ｖ１(ｋ)を採用するので、煙検出精度を確保できる。

また、上記第３変形例では、上述した様に、上記第２の増幅器６からの第２の出力信号の値Ｖ２(ｋ)として、電源投入後に上記第２の出力信号の値を連続して複数回(例えば１０回)計測した平均値を採用しているので、第２の出力信号の値Ｖ２(ｋ)の計測精度を維持できる。また、電源投入時だけ、上記複数回(ｎ回)分のＬＥＤ点灯時間が増えるだけであり、消費電流についても実用上の問題はない。

ところで、煙センサがバッテリ駆動である場合には、消費電流を絞る必要がある。この場合は、上記マイクロコンピュータ１６は、電源投入後の２回目以降の判定では、それぞれ、上記第２の出力信号の値を一回だけ測定する。そして、電源投入後の２回目の判定では、電源投入後の１回目の判定に用いた上記第２の出力信号の値と、上記２回目の判定に際して測定した第２の出力信号の値との平均値を上記２回目の判定に用いる上記第２の出力信号の値Ｖ２(ｋ)とする。そして、電源投入後の３回目以降のＮ回目(Ｎは３以上)の判定では、電源投入後の１回目の判定に用いた上記第２の出力信号の値と、上記Ｎ回目の判定に際して測定した第２の出力信号の値と、直近の判定で用いた予め定められた上限個数以下の上記第２の出力信号の値の測定値との平均値を、上記Ｎ回目の判定に用いる上記第２の出力信号の値Ｖ２(ｋ)とする。

すなわち、第２の出力信号Ｖ２(ｋ)が煙等に関係ない補正のためのモニタ計測値であることに着目し、バッテリ駆動等で消費電流を絞る必要がある場合には、第２の出力信号については判定周期ごとに１回の計測とし、発光素子(ＬＥＤ)１の点灯回数を増やすことなく、上記第２の出力信号の値Ｖ２(ｋ)を安定化させる。なお、上記平均を取る計測値の個数は、１０〜２０個程度でよい。すなわち、例えば、３０回目の判定では、電源投入後の１回目の判定に用いた上記第２の出力信号の値と、直近の２２回目から３０回目までの９回の判定での計測値とからなる１０個の計測値の平均値を３０回目の判定で用いる第２の出力信号の値Ｖ２(ｋ)とする。

図１０に例示する第２の出力信号の値Ｖ２(Ｓ２)は、電源投入後の１回目および直近の９回の第２の出力信号の計測値とからなる１０個の計測値の平均値である。この第２の出力信号の値Ｖ２(Ｓ２)は、図１０に示すように、第１の出力信号の値Ｖ１(Ｓ１)に比べても安定しており、Ｖ１(Ｓ１)に対して殆ど変動していないと言える。これは、第１の受光素子２への入射光量に比べて第２の受光素子３への入射光量を十分大きくして、第２の増幅器６の増幅率(電流電圧変換抵抗の値)を十分小さくできたことと、上述の平均値手法との相乗効果によって実現できたものである。

なお、上記参考例では、増幅部としての後段アンプ部９を備えたが後段アンプ部９はなくてもよい。また、上記参考例の煙センサを備えた電子機器によれば、温度変化等の外乱や素子劣化に起因する煙の誤検出を回避できる。

この発明の煙センサの第１実施形態の信号処理系の構成を示す回路図である。 上記実施形態の煙センサが有する発光素子と受光素子等の配置を模式的に示す配置図である。 上記実施形態の動作状態を示す駆動パルス，出力電圧の波形図である。 上記実施形態による煙濃度と出力電圧との関係の一例を示す特性図である。 この発明の煙センサの参考例での判定式を説明するためのグラフである。 上記参考例での判定式による補正内容を説明するためのグラフである。 上記参考例の第１の変形例の判定動作を説明するためのグラフである。 上記参考例の第１の変形例での判定値と検知状態,非検知状態の状態遷移との関係を示す図である。 上記参考例の第２の変形例が有する第１の増幅器を示す図である。 上記参考例の第２の変形例が有する第２の増幅器を示す図である。 上記参考例の第３の変形例における第１,第２の出力信号の値の一例を示すグラフである。

１ 発光素子
１Ａ 発光正面
１Ｂ 側面
２ 第１の受光素子
３ 第２の受光素子
４ 増幅回路
５、５５ 第１の増幅器
６、５６ 第２の増幅器
７ 切り替えスイッチ
８ 制御回路
９ 後段アンプ部
９Ａ，９Ｂ，９Ｃ アンプ
１０ 出力端子
１１ 駆動回路
１２ 壁
１４ 煙
１６ マイクロコンピュータ
１６Ａ 信号処理回路
１７ 可変抵抗
１８ 煙検出部
１９ 導光路
２１、２２ 外部入力端子
３１ 第１の配線
３２ 第２の配線

Claims (10)

1. 煙が導入される煙検出部と、
   上記煙検出部に向けて光を発する発光素子と、
   上記発光素子から出射されて上記煙検出部内の煙によって散乱された散乱光を受光する第１の受光素子と、
   上記発光素子からの出射光を上記煙検出部を経由せずに受光する第２の受光素子と、
   上記第１の受光素子が出力する第１の受光信号を増幅する第１の増幅器と、
   上記第２の受光素子が出力する第２の受光信号を増幅する第２の増幅器と、
   上記第１の増幅器が出力する第１の出力信号と上記第２の増幅器が出力する第２の出力信号との差に基づいて、煙検出信号を出力する信号処理部と、
   上記第１の増幅器による上記第１の出力信号と上記第２の増幅器による上記第２の出力信号とが選択的に入力されると共に上記第１、第２の出力信号を増幅して上記信号処理部に出力する増幅部を備えることを特徴とする煙センサ。
2. 請求項１に記載の煙センサにおいて、
   上記第１の出力信号または上記第２の出力信号のいずれか一方を上記増幅部に入力する切り替え部を備えることを特徴とする煙センサ。
3. 請求項１または２に記載の煙センサにおいて、
   上記第１および第２の増幅器は、それぞれ固定された増幅率を有し、
   上記増幅部は、増幅率が可変であることを特徴とする煙センサ。
4. 請求項１から３のいずれか１つに記載の煙センサにおいて、
   上記発光素子を上記第１の受光素子に対応した第１の駆動電流で駆動する第１の駆動状態と、上記発光素子を上記第２の受光素子に対応した第２の駆動電流で駆動する第２の駆動状態とを切換え可能な駆動部を備えることを特徴とする煙センサ。
5. 請求項４に記載の煙センサにおいて、
   上記駆動部は、上記第１、第２の駆動電流によって上記発光素子をパルス発光させることを特徴とする煙センサ。
6. 請求項１から５のいずれか１つに記載の煙センサにおいて、
   上記発光素子は、
   発光正面からの出射光が上記煙検出部に入射すると共に、側面からの出射光が上記第２の受光素子に入射するように配置されていることを特徴とする煙センサ。
7. 請求項１から６のいずれか１つに記載の煙センサにおいて、
   上記第１および第２の増幅器を含んだ集積回路と、
   上記第１の受光素子を上記集積回路に接続する第１の配線と、
   上記第２の受光素子を上記集積回路に接続する第２の配線とを有し、
   上記第１の配線と第２の配線とが同等の線長となる条件の基で上記線長が最短となるように上記集積回路に対して上記第１の受光素子と第２の受光素子を配置したことを特徴とする煙センサ。
8. 請求項１に記載の煙センサにおいて、
   上記第１の出力信号または上記第２の出力信号のいずれか一方を上記増幅部に入力する切り替え部と、
   上記発光素子を上記第１の受光素子に対応した第１の駆動電流で駆動する第１の駆動状態と、上記発光素子を上記第２の受光素子に対応した第２の駆動電流で駆動する第２の駆動状態とを切換え可能な駆動部と、
   上記切り替え部と上記駆動部とを制御すると共に上記信号処理部を含んでいるマイクロコンピュータを有し、
   上記マイクロコンピュータは、
   上記駆動部を上記第１の駆動状態としたときに、上記切り替え部が上記第１の出力信号を上記増幅部に入力するように上記切り替え部を制御する一方、上記駆動部を上記第２の駆動状態としたときに、上記切り替え部が上記第２の出力信号を上記増幅部に入力するように上記切り替え部を制御することを特徴とする煙センサ。
9. 請求項１から８のいずれか１つに記載の煙センサにおいて、
   上記信号処理部は、
   上記煙検出部内の煙濃度が零である場合の上記第２の増幅器の出力値に対する上記煙検出部内の煙濃度が零である場合の上記第１の増幅器の出力値の比を補正値として記憶すると共に上記補正値を乗算した上記第２の出力信号と、上記第１の出力信号との差に基づいて、上記煙検出信号を出力することを特徴とする煙センサ。
10. 請求項１から９のいずれか１つに記載の煙センサを備えた電子機器。

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